CN110526366A - 一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，属于水处理技术领域，通过以下方法得到：(1)制备含有纳米Fe3O4的Al13混凝剂；(2)向Al13混凝剂中加入聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)，制备复合药剂；(3)步骤2中加入的HCA按Al浓度比为5.0%～20%，并搅拌24h。本发明还公开了制备上述混凝剂的方法。本方法将作为助凝剂的聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)与混凝剂中的有效成分Al13及纳米Fe3O4相结合，提高了混凝剂对水体特性变化的适应性，并且利用Fe3O4及HCA对氟化物的吸附能力和通过提高混凝剂的形态稳定性，提高了混凝对于氟化物的去除率。本发明的操作方法简单、易行、原料易得、成本低廉，可以在实际工作中得到广泛的应用。

Description

一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种混凝剂的制备方法，具体的说是涉及一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法。
背景技术
氟化物是广泛存在于天然水体中的污染物，据世界卫生组织的报告，目前全球有3亿多的人口面临着氟化物超标的危险，是影响饮用水水质的重要污染物。因此，如何有效去除饮用水中的氟化物，是保证饮用水水质安全的重要工作。
针对氟化物的去除方法包括混凝、吸附、膜分离等。针对水体中氟化物的去除常用的混凝剂包括铝系或铁系混凝剂。铝系混凝剂与其他混凝剂相比，具有价格低廉，不易造成水体pH值下降较多等优势，铝盐投加到水体后，利用Al3+与F-的络合以铝盐水解中间产物和最后生成的Al(OH)3对氟离子的配体交换、物理吸附、卷扫作用去除水体的氟化物。此外，铝系混凝剂中的优势形态Al13对氟化物的去除受到了越来越多的关注。使用铝盐时，混凝最佳pH范围为6.4-7.2，但所需混凝剂投加量较大，这会使得出水中含有一定量的对人体健康有害的溶解铝。使用聚合铝后，则投加量可减少一半，混凝沉淀的pH范围扩大到5-8。铝盐絮凝沉淀法也存在明显的缺点，当含氟量较大时，混凝剂使用量较多，处理费用较大，产生污泥量多；氟离子去除效果受搅拌条件、沉降时间等因素及水中SO4 2-以及Cl-等阴离子的影响较大，出水水质不稳定。
发明内容
本发明的目的是提出一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，通过在混凝剂中引入了聚二甲基二烯丙基氯化铵和纳米Fe3O4，在混凝除氟的过程中发挥了聚二甲基二烯丙基氯化铵和纳米Fe3O4的吸附能力，可有效提高氟化物的去除率，操作方法简单易行，原料易得，成本低廉，实际应用的可能性较大，复配合成后的混凝剂具有良好的氟化物去除能力。
本发明的技术方案是：一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：所述混凝剂的制备步骤如下：
(1)制备粒径为100 nm的纳米Fe3O4颗粒；
(2)制备具有高效混凝作用的Al13混凝剂；
(3)制备含有一定浓度纳米Fe3O4的Al13混凝剂；
(4)在步骤(3)中得到的Al13混凝剂中加入有机助凝剂，制备复合药剂；
(5)步骤4中加入的助凝剂按Al浓度比为5.0%～20%的比例加入，在一定的搅拌温度下，搅拌24 h得到所需的混凝剂。
步骤(2)中所述的Al13混凝剂的制备过程为首先制备碱化度为2.0的聚合氯化铝，然后利用钡盐置换法制备所需的Al13混凝剂；
步骤(3)中所述制备含有纳米Fe3O4的Al13混凝剂是通过向纳米Al13溶液中加入纳米Fe3O4颗粒得到，其中纳米Fe3O4的浓度为 200 mg/L。
步骤(4)中所述的有机助凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵，有机助凝剂的分子量是40万～50万Da。
步骤(5)中所述搅拌温度为50℃。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，制备方法科学，本发明将作为助凝剂的聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)与混凝剂中的有效成分Al13及纳米Fe3O4相结合，提高了混凝剂对水体特性变化的适应性，并且利用Fe3O4及HCA对氟化物的吸附能力和通过提高混凝剂的形态稳定性，提高了混凝对于氟化物的去除率，本发明的操作方法简单、易行、原料易得、成本低廉，可以在实际工作中得到广泛的应用。
附图说明
图1 为本发明中混凝剂投加量对氟化物去除率的影响图。
图2 为本发明中混凝过程中Zeta电位、pH及余铝浓度变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
众所周知，长期通过饮用水途径暴露于氟，会引起氟斑牙和氟骨症等疾病。在我国山西省，就有很多地区面临着饮用水氟超标的问题。采样数据显示，超标地区水样中平均的氟离子浓度为2.0 mg/L，污染最严重地区的浓度可达到8.0 mg/L以上，严重超过了我国生活饮用水卫生标准规定的1.0 mg/L的浓度限值。
在常用的除氟技术中，混凝法由于成本低、效率高和操作简单得到了较为广泛的应用。然而，现有的混凝技术往往存在除氟效率低和出水余铝高的问题。对于单体铝盐来说，在离子键的作用下，它们会和带负电的氟离子产生静电吸引，从而起到一定的除氟效果。然而这一过程会很大程度上受到铝氟比和pH值变化的影响。聚合氯化铝作为预制的聚合态混凝剂，受pH等因素影响较小。其中，具有高电荷密度的纳米粒子Al13，被认为是高效除氟的关键组分。
从图1中可以看出，HCA质量分数10.0 %的复配混凝剂的脱氟效果最佳。这种药剂在投加量为50mg/L时，可以去除82.86%的氟化物，效果优于其他配比以及纯Al13。
已知氟离子在pH=7.0的条件下是带负电的，而单体铝、Al13和HCA都是带正电荷的。基于zeta电位的变化情况，可以得出如下结论，与AlCl3相比，Al13和Al13-HCA复配混凝剂能够更大程度上提高体系的zeta电位。另外，复配混凝剂相对Al13而言，提高zeta电位的能力更强，这是由于HCA与纳米Fe3O4携带的正电荷对Al13电中和作用的增补效果。随着混凝过程的进行，在原本完全澄清透明的溶液中形成了絮体，并能通过自然沉降聚集到烧杯底部。并且，随着混凝剂投加量的增加，絮体的量也逐渐增大。根据出水pH情况，在Al13和Al13-HCA的作用下，沉后水的pH分别保持在7.3和7.0，推测生成的絮体主要成分是铝基混凝剂水解产生的无定型氢氧化物。氟离子作为一种具有强电负性的阴离子，在静电吸引作用下非常容易被带正电荷的阳离子Al3+和[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+所捕获，进而与他们水解形成的氢氧化物一同沉淀、被去除掉。因此，混凝剂的用量越高，体系的zeta电位就越高，氟化物和铝基混凝剂的结合就越容易，除氟效果越好。Al13和Al13-PDADMAC作为预制混凝剂，二者不会急剧改变水体的pH值，从而保障了铝的水解和混凝过程的正常进行，带来稳定的除氟表现和低余铝水平。

Claims (5)

1.一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：所述混凝剂的制备步骤如下：
(1)制备粒径为100 nm的纳米Fe3O4颗粒；
(2)制备具有高效混凝作用的Al13混凝剂；
(3)制备含有一定浓度纳米Fe3O4的Al13混凝剂；
(4)在步骤(3)中得到的Al13混凝剂中加入有机助凝剂，制备复合药剂；
(5)步骤4中加入的助凝剂按Al浓度比为5.0%～20%的比例加入，在一定的搅拌温度下，搅拌24 h得到所需的混凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的Al13混凝剂的制备过程为首先制备碱化度为2.0的聚合氯化铝，然后利用钡盐置换法制备所需的Al13混凝剂。
3.根据权利要求1所述的一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述制备含有纳米Fe3O4的Al13混凝剂是通过向纳米Al13溶液中加入纳米Fe3O4颗粒得到，其中纳米Fe3O4的浓度为 200 mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的有机助凝剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵，有机助凝剂的分子量是40万～50万Da。
5.根据权利要求1所述的一种去除水体中氟化物的混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述搅拌温度为50℃。
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